9. Организация магистрали микропроцессорной системы. Трехшинная магистраль с раздельными шинами передачи адреса и данных.

На физическом уровне МП взаимодействует с памятью и периферийными устройствами через единый набор системных шин – внутрисистемную магистраль. В общем случае магистраль обеспечивает три вида передачи данных:

1. процессор – память;

2. процессор – интерфейс периферийного устройства;

3. память – интерфейс периферийного устройства (канал прямого доступа к памяти).

Рассмотрим первые два вида (прямого доступа к памяти рассматривается в отдельной теме). В обоих случаях передачей данных управляет МП. Память и интерфейс по управляющим сигналам от процессора осуществляют передачу данных. Направление передачи данных определяется МП. Пересылка данных внутрь процессора называется считыванием (вводом), обратный процесс – записью (выводом).

В общем случае магистраль микропроцессорной системы состоит из набора шин. Шиной системы называют физическую группу линий передачи сигналов, имеющих схожие функции в рамках системы. Стандартная структура магистрали микропроцессорной системы включает три шины:

1. шина данных DB (Data Bus);

2. шина адреса (адресная шина) AB (Address Bus);

3. шина управления CB (Control Bus).

Магистраль такого типа называется трехшинной с раздельными шинами передачи адреса и данных.

Шина данных. По этой шине производится обмен данными между МП и другими устройствами системы – памятью и периферийными устройствами. Шина данных является двунаправленной. Имеется возможность установки выходов в третье отключенное состояние. Хотя передача данных по шине данных может производиться в обоих направлениях, однако в каждый момент времени она осуществляется лишь в одном направлении, причем, по всем разрядам шины в одном и том же, т.е. в любой момент по всем линиям шины данные могут либо только вводиться либо только выводиться. Обычно разрядность шины данных и длину слов, обрабатываемых в МП (разрядность машинного слова МП), выбирают одинаковыми. В любом случае ширину шины данных выбирают кратной целому числу байтов, причем это число, как правило, представляет собой целую степень числа 2.

Шина адреса. Используется для передачи физического адреса ячейки памяти или порта ввода/вывода, к которым осуществляется обращение. Эта шина предназначена для того, чтобы выбирать правильный тракт для электрического соединения в пределах микропроцессорной системы. Шина адреса является выходной по отношению к МП. Разрядность адресной шины определяет наибольшее число адресов, к которым может обращаться МП. Если разрядность адресной шины МП равна m, то он способен адресовать пространство физической памяти и пространство ввода/вывода объемом 2m.

Шина управления. Служит для передачи сигналов управления обменом данными через магистраль и работой микропроцессорной системы. Как правило, часть этих сигналов является выходными, а другая часть – входными сигналами. Однако некоторые линии шины управления могут быть двунаправленными. Линии шины управления объединяются в группы по функциональному назначению. Конкретный состав сигналов шины управления зависит от типа МП. Отметим наиболее типичные из них:

• сигналы тактирования и синхронизации. Обеспечивают тактирование работы микропроцессора. Все события в системе привязываются к какому-либо фронту этих сигналов;

• четность данных. Сигналы на этих линиях определяют признаки паритета данных, передаваемых по шине данных, и используются для обнаружения ошибок, возникших в процессе передачи. Как правило, на каждый байт шины данных отводится отдельный сигнал;

• сигналы определения цикла магистрали. Указывают тип выполняемого цикла магистрали. Они разделяют циклы записи и циклы чтения, циклы данных и циклы управления, циклы обращения к памяти и циклы ввода/вывода, а также некоторые другие;

• сигналы управления магистралью. Определяют начало цикла магистрали, управляют передачей и разрядностью данных, завершением цикла магистрали;

• сигналы управления состоянием процессора. Изменяют состояние МП в ходе выполнения или перед выполнением программы. Используются для распределения функций управления магистралью между несколькими активными устройствами, при обработке прерываний, сбросе и инициализации.